Lager im Antrieb

Direktantriebe - Das Besondere liegt oft im Detail. Wo hohe Kräfte wirken, brauchen Antriebe zum Ausgleich Drucklager. Sind die Drucklager bereits im Direktantrieb integriert, bleibt dem Anwender der aufwändige Einbau erspart.

04. August 2006

»High Torque-Motoren sind an sich nicht neu am Markt«, stellt Rainer Spitz, Betriebsleiter von Siebe Engineering, fest. »Allerdings revolutionieren die integrierten Drucklager in den Direktantrieben die Technologie.« Denn während des Plastifizierens in Extruderschnecken wirken Axialkräfte, die in der Anlage durch Drucklager abgefangen werden müssen. Bei konventionellen Motor-Getriebe-Einheiten, wie sie bislang auch bei Siebe eingesetzt wurden, sind Drucklager im Getriebe bereits integriert. Wichtig ist für den Extruder­hersteller in der Regel, dass er eine fertige Antriebslösung erhält und sich nicht selbst um den Einbau eines Drucklagers kümmern muss. Eine solche fertige Lösung bietet Baumüller nun auch für die Direktantriebs­technik in Form der ›DSTs‹ mit integriertem Drucklager.

Siebe stellt Spezialkabel im Koextrusionsverfahren her. Hierbei kommen neben einem Hauptextruder abhängig von der Anwendung unterschiedlich viele Beispritzextruder zum Einsatz. Der Hauptextruder trägt die eigentliche Isolationsschicht auf den Kabeln auf. Die Beispritzextruder sorgen für den unterschiedlichen Farbauftrag auf den Kabeln, fügen also jeweils eine eigene Farbe hinzu, um beispielsweise gelbe und grüne Streifen im Wechsel aufzutragen.

Drucklager schützt vor hohen Kräften

Der Farbwechsel wird über ein spezielles Werkzeug im Extrusionskopf, in dem die verschiedenen Extruder zusammen geführt werden, gesteuert. Der Hauptextruder verfügt zum Aufbringen der Isolierung als Hauptmaterial über eine Schnecke mit verhältnismäßig großem Durchmesser, die ein entsprechend hohes Drehmoment vom Antrieb verlangt. Der Schneckendurchmesser der Beispritzextruder beträgt dagegen nur zwischen 38 und 45 mm.

Die Geschwindigkeit, mit der die Spezial­kabel im Extrusionsverfahren hergestellt werden, hat eine nicht zu unterschätzende Rückwirkung. Wenn fertiges Material durch die Extruderschnecken aus dem Spritzkopf gepresst wird, übt es enorme Kräfte auf die dahinter liegende Maschineneinheit aus. Bei Rückwirkungen von bis zu 400 kN in Extruderschnecken kann auf ein Drucklager im Antrieb der Maschine deshalb nicht verzichtet werden.

Siebe setzt beispielsweise in einer Extru­sionslinie konventionelle DA-Asynchronmotoren von Baumüller der Baugröße 100 mit Getriebe ein. Die für ihre Leistung sehr kompakten Motoren erfordern den Anbau eines Getriebes, das die für den Prozess notwendige niedrige Abtriebsdrehzahl erzeugt. Die Motor-Getriebe-Kombination verfügt deswegen über eine entsprechend voluminöse Bauform. Hier können die DST-Motoren mit integriertem Drucklager durch ihren kompakten Aufbau Vorteile erzielen, denn eine Platz sparende Bauweise gewinnt an vielen Produktionsorten zunehmend an Bedeutung. Mit der geringeren Größe des Direktantriebs gehen keinerlei Leistungseinbußen einher. Denn die kompaktere Bauform wird durch Wasserkühlung erzielt, die ohnehin in Extrusionslinien vorhanden ist. So lassen sich die High Torque-Antriebe mühelos in das Maschinenkonzept integrieren. Die getriebelosen DST-Motoren von Baumüller erreichen bei niedrigen Drehzahlen von 100-300 U/min hohe Spitzen­momente bis zu 13.500 Nm. Die Wasserkühlung sorgt zudem dafür, dass die Antriebe im Betrieb relativ leise sind: Sie trägt als Geräuschkompensator zu starker Lärm­reduktion bei. Wenn stark gekühl­­tes Wasser verwendet wird, verhindert eine im Umrichter eingebaute Kühlwasserregelung die Kondenswasserbildung an der Motoroberfläche: Betauung wird so verhindert.

Die geforderte Produktkonstanz wird beim Einsatz von Direktantriebstechnik durch ein entscheidendes Merkmal erleichtert: Um die Leistung des Extrusionsprozesses genau berechnen zu können, zieht der Maschinenbauer Rückschlüsse aus dem Drehmoment und der Drehzahl. Diese verfahrenstechnische Berechnung wird durch den Reibungsverlust, der bei Getriebemotoren auftritt, ungenau. Ganz anders bei High Torque-Motoren: Da sie als Synchronmotoren konzipiert sind, lässt sich das Drehmoment relativ einfach und fehlerfrei aus dem aufgenommenen Motorstrom ableiten.

Direktantriebstechnik statt Getriebe

Durch den Ersatz des Getriebes durch Direktantriebstechnik wird aber nicht nur Platz gespart, sondern der Anwender muss auch weniger Wartungsaufwand betreiben. Schließlich entfallen die technisch aufwändigen Riemen- und Zahngetriebe. Die nahezu wartungsfreie Direktantriebstechnik reduziert die zeit- und somit kostenaufwändigen Wartungsintervalle für den Endkunden auf ein Minimum. Die Verfügbarkeit von Extrusionsanlagen wird somit zusätzlich wesentlich erhöht. Durch den Wegfall des Getriebes entfällt auch der bei konven­tionellen Motoren auftretende Getriebe­verlust: Die High Torque-Antriebe verfügen entsprechend über einen höheren Systemwirkungsgrad. Der hohe Wirkungsgrad des permanent erregten Synchronmotors trägt weiterhin zu einer Reduktion der Energiekosten bei. »Die kürzere Baulänge und der geringe Wartungsaufwand der DST-Direktantriebe sind entscheidende Argumente, die für unsere Kunden zählen und den Einsatz von High Torque-Motoren begünstigen«, erläutert Rainer Spitz. Die heute noch oftmals verwendeten Gleichstrommotoren haben eine beschränkte Bürstenstandzeit, das heißt während der Lebensdauer des Motors müssen die Bürsten gewechselt werden. Das zwischengeschaltete Getriebe bedarf ebenfalls regelmäßiger Wartung.

High Torque ist wirtschaftlicher

Die DST-Motoren verfügen durch das integrierte Drucklager über einen weiteren Vorzug. Rainer Spitz: »Die DST 200 sind preislich als Variante für die Beispritzextruder attraktiv, da wir nicht mehr sowohl Antrieb als auch Getriebe beschaffen müssen.« Im Endeffekt zeichnen sich die High Torque-Antriebe durch eine höhere Wirtschaftlichkeit für den Maschinenbauer ebenso wie für den Endanwender aus. Gemeinsam mit den DST 200 kommen in den Beispritzextrudern von Siebe leistungsfähige ›b maXX 4400‹ zum Einsatz. Sie werden von Baumüller sowohl in luft- als auch in wassergekühlter Variante geliefert. »Da wir genug Platz im Schaltschrank haben, kühlen wir nicht mit Wasser«, erläutert Rainer Spitz die Entscheidung der Firma Siebe zugunsten der konventionellen luftgekühlten Variante. Die Umrichter der Reihe ›b maXX 4400‹ eignen sich durch ihre Netzausfallüberbrückung optimal als Stand-alone-Gerät für den Einsatz in Extruderanlagen. Die DST-Antriebe haben eine mechanische Schnittstelle, die nach den Vorgaben von Siebe kundenspezifisch ausgeführt ist. So besitzt die Extruderschnecke dieselbe Aufnahme wie bisher das Getriebe. Schnittstellenprobleme werden durch diese Form der Zusammenarbeit zwischen den beiden Unternehmen von vornherein vermieden.

Offen für neue Technologien

Rainer Spitz sieht die Notwendigkeit, stets offen für neue Technologien zu sein und scheut somit nicht den Einsatz der Direktantriebe mit integriertem Drucklager. »Auch in den Werken unserer Kunden brechen zunehmend alte Strukturen auf: Die jungen Mitarbeiter im Bereich der Instandhaltung tun sich leichter mit Innovationen.

Claudia Dürr, Baumüller

FAKTEN

- Baumüller bietet Direktantriebstechnik mit integriertem Drucklager.

- Kürzere Baulänge und geringer Wartungsaufwand der Direktantriebe begünstigen Einsatz von High Torque-Motoren.

- High-Torque-Antriebe haben einen höheren Wirkungsgrad als Getriebelösungen.

Erschienen in Ausgabe: 05/2006